摘要：本文配制了四組不同水泥用量的黏土磚再生骨料混凝土，通過試驗(yàn)測(cè)試和分析了四組混凝土物理、力學(xué)和變形方面基本性能的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，在骨料用量和水灰比不變的情況下，水泥用量的增加可以在一定程度上提高黏土磚再生骨料混凝土強(qiáng)度、彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)，降低其干表觀密度、吸水率、干燥收縮率和泊松比。適當(dāng)選擇骨料和設(shè)計(jì)配合比，黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土和結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土制品。
關(guān)鍵詞：黏土磚 再生骨料 混凝土 物理性能 力學(xué)性能 變形性能
Experimental Studies and Analyses on Properties of Clay Brick Recycled Aggregate Concrete
Abstract Four sets of the clay brick recycled aggregate concrete with different content of cement were prepared in the paper. The basic properties of the aspects of physics, mechanics and deformation of the four sets concrete were measured and analyzed by means of experiment. The experimental results demonstrated that strength, elasticity modulus and thermal conductivity could be increased at some extent by increasing the cement content, and dry apparent density, water-absorbing ratio, drying shrinkage ratio and Possion’s ratio could be decreased. The clay brick recycled aggregate concrete can be used to make heat preservation light aggregate concrete and structure & heat preservation light aggregate concrete by selecting aggregate appropriately and designing mixing proportion.
Keywords clay brick recycled aggregate physical property mechanical property deformation property
1 前言
長(zhǎng)期以來，我國(guó)建筑物中大量使用黏土磚作為承重或圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，隨著城市建設(shè)和城市改造的加快,拆除舊建筑物將產(chǎn)生大量的廢黏土磚,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，碎磚(砌)塊約占建筑垃圾總量的30%～50%[1]。城市建筑垃圾資源化處理是20 世紀(jì)90 年代以來發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。利用廢黏土磚加工再生骨料用于生產(chǎn)水泥混凝土制品是其資源化利用的主要途徑之一，在建筑垃圾排放費(fèi)用很高且天然骨料資源較緊缺的國(guó)家（地區(qū)）,利用附加值會(huì)更高。
國(guó)外在這方面做了一些研究工作,但研究結(jié)果存在較大差異，如有研究結(jié)果認(rèn)為將拆除建筑物形成的廢磚用于混凝土中的效果很差[2] ； 但將磚廠中廢磚用作粗骨料時(shí)混凝土有較好的性能,某些性能甚至超過了用天然骨料配制的混凝土[3]。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)再生黏土磚骨料及其所配制混凝土或砂漿的性能進(jìn)行了試驗(yàn)和分析[4-7]，認(rèn)為黏土磚再生骨料性能接近于輕質(zhì)骨料，主要對(duì)新拌混凝土和易性產(chǎn)生不利影響，骨料性質(zhì)及其配合比參數(shù)（砂率、水灰比等）對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響，經(jīng)適當(dāng)配合比設(shè)計(jì)其混凝土強(qiáng)度可達(dá)（40～50）MPa[4]，可能具有良好熱工性能和耐久性。胡金鴻等[8]專門測(cè)試了水灰比變化對(duì)碎磚再生混凝土性能的影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者還進(jìn)行了利用黏土磚再生骨料制備墻體材料的試驗(yàn)研究[9-10], 秦皇島開發(fā)區(qū)開元有限公司則研制成功了利用黏土磚再生骨料生產(chǎn)承重或非承重砌塊的技術(shù)。
本文主要通過試驗(yàn)研究了在配合比參數(shù)不變情況下，水泥用量對(duì)黏土磚再生骨料混凝土強(qiáng)度、靜彈性模量、泊松比、干縮變形率、導(dǎo)熱系數(shù)等的影響程度和規(guī)律。
2 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法
2.1 試驗(yàn)原材料
水泥采用福建惠安“三德”牌P.O32.5R水泥，3d抗折強(qiáng)度為3.4MPa，3d抗壓強(qiáng)度為20.4MPa，28d抗折強(qiáng)度為7.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度41.4MPa。黏土磚再生骨料：圖1所示廢棄黏土磚采用實(shí)驗(yàn)室鄂式破碎機(jī)破碎后（圖2所示），按JGJ53－92《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》和JGJ52－92《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》篩分成（5～25）mm粗骨料和（0.15～5）mm細(xì)骨料，分別如圖3和圖4所示。經(jīng)測(cè)試，黏土磚粗骨料的堆積密度 832kg/m3 ，吸水率 14.6%；黏土磚細(xì)骨料的堆積密度 1040kg/m3 ，吸水率 34.1%（篩去〈0.15mm的磚粉〉。
2.2 試驗(yàn)方法
2.2.1 混凝土配合比
從黏土磚粗、細(xì)骨料堆積密度可以看出，該再生骨料屬于輕質(zhì)骨料，其混凝土配合比設(shè)計(jì)可以參照J(rèn)GJ 51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，試驗(yàn)所用的混凝土配合比如表1所示。
2.2.2 試件成型和性能測(cè)試方法
按表1配合比成型150mm×150mm×150mm試件，每個(gè)配比6塊，室溫養(yǎng)護(hù)1d后拆模，水養(yǎng)至7d和28d測(cè)其抗壓強(qiáng)度；150mm×150mm×300mm試件，每個(gè)配比7塊，室溫養(yǎng)護(hù)1d后拆模再水養(yǎng)，其中3塊試件測(cè)其28d軸心抗壓強(qiáng)度（為靜彈性模量測(cè)試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)），3塊測(cè)彈性模量和泊松比，1塊作為測(cè)試時(shí)的補(bǔ)償試件。立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量的測(cè)試方法和結(jié)果計(jì)算按GB50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，靜力受壓彈性模量和泊松比采用DH3816靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試。成型100 mm×100mm×515mm試件，每個(gè)配比3塊，試件兩端預(yù)埋標(biāo)準(zhǔn)銅質(zhì)測(cè)頭，室溫養(yǎng)護(hù)1d后拆模，置于混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)3d后取出分別測(cè)試各試件初始長(zhǎng)度值，在標(biāo)準(zhǔn)干縮試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)，測(cè)試試件1d，2d，3d，4d，5d，6d，7d，14d，21d，28d的長(zhǎng)度值，按GBJ82－85《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》計(jì)算試件的干縮值。成型300mm×300mm×50mm試件，每個(gè)配比3塊，室溫養(yǎng)護(hù)1d后拆模，拆摸后水養(yǎng)14d，80℃烘48h，測(cè)其重量，用游標(biāo)卡尺沿試件四邊測(cè)量8個(gè)點(diǎn)，取平均值為平均厚度，采用DRP-4A型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)其導(dǎo)熱系數(shù)。 
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 黏土磚再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度
圖5示出黏土磚再生骨料混凝土7d和28d立方體抗壓強(qiáng)度隨水泥用量增加時(shí)的變化曲線。從圖中可以看出，隨著水泥用量的增加，黏土磚再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，其中，7d強(qiáng)度提高幅度大于28d強(qiáng)度提高幅度，較低水泥用量時(shí)的強(qiáng)度提高幅度大于較高水泥用量時(shí)的強(qiáng)度提高幅度。這是由于黏土磚再生骨料屬輕質(zhì)骨料，早期，硬化水泥漿基體強(qiáng)度與骨料強(qiáng)度差異較小，其混凝土早期強(qiáng)度可能更多取決于水泥漿基體強(qiáng)度，28d及后期水泥漿基體的強(qiáng)度將大于骨料的強(qiáng)度，其混凝土后期強(qiáng)度應(yīng)主要取決于骨料本身強(qiáng)度，從圖6可見再生骨料自身破壞明顯，當(dāng)黏土磚再生骨料強(qiáng)度低時(shí)，通過增加水泥用量來提高混凝土強(qiáng)度效果不大。在應(yīng)用黏土磚再生骨料配制混凝土制品時(shí)，應(yīng)根據(jù)再生骨料的強(qiáng)度合理選擇水泥用量。四組混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與其立方體抗壓強(qiáng)度較接近，如圖5中虛線所示，軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度比值大于1.0，統(tǒng)計(jì)資料表明[11]，輕集料混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度比值的變化范圍在0.818～1.03之間，平均值為0.987。這可能是因?yàn)轲ね链u再生骨料本身彈性模量低，造成其混凝土彈性模量低、泊松比大，試件橫向變形能力強(qiáng)，試件中部應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使得軸心抗壓強(qiáng)度測(cè)試值提高。
3.2 黏土磚再生骨料混凝土的物理性能
表2示出了黏土磚再生骨料混凝土的干表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)和24h吸水率。從表2所示結(jié)果可以看出，隨水泥用量增加，黏土磚再生骨料混凝土的干表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)提高，24h吸水率降低。由于黏土磚再生骨料屬輕質(zhì)骨料，其混凝土干表觀密度也屬輕質(zhì)混凝土范疇（ρd<1950kg/m3）,導(dǎo)熱系數(shù)也遠(yuǎn)低于普通混凝土（碎石混凝土干密度2300kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)1.51W/（m•k），干密度2100kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)1.28W/（m•k）），因此，經(jīng)適當(dāng)選擇骨料和配合比設(shè)計(jì)，黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土制品（如墻材）和結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土制品（如樓板、剪力墻等）。黏土磚再生骨料本身孔隙率大，吸水能力強(qiáng)，其混凝土吸水率遠(yuǎn)高于普通混凝土，這對(duì)混凝土抗?jié)B及耐久性可能產(chǎn)生不利影響，通過增加水泥用量可以有效降低其吸水能力。
3.3 黏土磚再生骨料混凝土的變形性能
3.3.1 靜彈性模量和泊松比 
表3示出了黏土磚再生骨料混凝土靜彈性模量和泊松比的測(cè)試值。從表中結(jié)果可以看出，隨著水泥用量的增加，黏土磚再生骨料混凝土的彈性模量略有提高，泊松比則降低。LC20～LC30普通輕集料混凝土，干表觀密度在（1700～1900）kg/m3范圍時(shí)，其彈性模量在（15.4～21.0）GPa范圍[11]，說明黏土磚再生骨料本身的彈性模量比普通人造輕集料低，這是黏土磚再生骨料結(jié)構(gòu)所決定的，一般黏土磚本身結(jié)構(gòu)較疏松，內(nèi)部開口孔隙多，破碎時(shí)又造成一定程度的損傷，進(jìn)一步降低了骨料的強(qiáng)度和硬度，降低了骨料的彈性模量；而人造輕集料（陶粒）結(jié)構(gòu)特征為（1～2）mm致密堅(jiān)硬外殼，內(nèi)部呈多孔結(jié)構(gòu)，筆者曾測(cè)試（9.5～19mm）黏土磚再生骨料的筒壓強(qiáng)度僅為1.3MPa，這僅相當(dāng)于密度等級(jí)600級(jí)碎石型輕集料的筒壓強(qiáng)度。
資料表明[11]，不同輕集料配制混凝土的泊松比不同，LC30人造輕集料混凝土的泊松比為0.16～0.26，平均值為0.22，黏土磚再生骨料混凝土泊松比要高于普通輕集料混凝土泊松比，這直接證明了3.1 中其軸心抗壓強(qiáng)度為什么會(huì)高于立方體抗壓強(qiáng)度。
3.3.2 干燥收縮率
圖7示出了黏土磚再生骨料混凝土干燥收縮率隨時(shí)間的變化曲線。從圖中可以看出，在骨料用量不變時(shí)，隨水泥用量的增加，混凝土干燥收縮率降低,低水泥用量試件早期干縮率遠(yuǎn)高于高水泥用量試件，且28d以后的干縮值仍大幅增加，這反映出黏土磚再生骨料干燥收縮可能是由水分喪失和水泥石毛細(xì)管收縮形成的，低水泥用量試件早期黏土磚骨料孔隙中水分損失速率更快，也反映出在骨料用量和水灰比相同的情況下，提高水泥用量可能有利于阻止黏土磚骨料孔隙中所吸收水分過快失去，從而起到混凝土減少早期干燥收縮的作用，并進(jìn)而影響到混凝土后期整體收縮率的大小。資料表明[11]，當(dāng)初始測(cè)試齡期為3d時(shí)，普通輕集料混凝土28d時(shí)的干燥收縮率為833×10－6，本文僅當(dāng)水泥用量為440kg/m3時(shí)混凝土的干燥收縮率可以達(dá)到，其他3組混凝土的干燥收縮率均高于此數(shù)值，說明由于黏土磚再生骨料彈性模量低于普通輕集料彈性土磚再生骨料混凝土干燥收縮率更大。
4.結(jié)論
（1）以在一定程度上起到提高黏土磚再生骨料混凝土強(qiáng)度、彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)，降低其干表觀密度、吸水率、干燥收縮率和泊松比。
（2）因試驗(yàn)所用黏土磚再生度等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)普通輕集料混凝土相比，黏土磚混凝土強(qiáng)度和彈性模量更低，泊松比和干燥損失率更大。
（3）黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土制品（如墻材）和結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土制品（如樓板、剪力墻等）。
